DE202018101334U1

DE202018101334U1 - Overvoltage protection order

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Publication number: DE202018101334U1
Application number: DE202018101334.3U
Authority: DE
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2028-03-10

Abstract

Überspannungsschutzanordnung (1) mit mindestens einem überspannungsbegrenzenden Bauelement (2), insbesondere einem Varistor, mit einer thermisch auftrennenden Verbindung (3), die eine temperatursensible Lotstelle (4) und ein Abtrennelement (5) aufweist, und mit einer optischen Zustandsanzeige (6),wobei das überspannungsbegrenzende Bauelement (2) und die thermisch auftrennende Verbindung (3) elektrisch in Reihe geschaltet sind und die thermisch auftrennende Verbindung (3) dann auftrennt und damit das überspannungsbegrenzende Bauelement (2) elektrisch abtrennt, wenn die Temperatur des überspannungsbegrenzenden Bauelements (2) eine Grenztemperatur überschreitet, undwobei die optische Zustandsanzeige (6) eine elektrische Abtrennung des überspannungsbegrenzende Bauelements (2) anzeigt,dadurch gekennzeichnet,dass eine Überstromschutzeinrichtung (7) und eine Abtrennvorrichtung (8) elektrisch in Reihe zu dem überspannungsbegrenzenden Bauelement (2) und der thermisch auftrennenden Verbindung (3) angeordnet sind,dass die Überstromschutzeinrichtung (7) und die Abtrennvorrichtung (8) energetisch so zueinander koordiniert sind, dass das Schmelzintegral It der Überstromschutzeinrichtung (7) geringer als das Schmelzintegral der Abtrennvorrichtung (8) ist, unddass die Abtrennvorrichtung (8) mechanisch mit der thermisch auftrennende Verbindung (3) verbunden ist.Overvoltage protection arrangement (1) having at least one overvoltage limiting component (2), in particular a varistor, with a thermally disconnecting connection (3) having a temperature-sensitive soldering point (4) and a separating element (5), and having an optical status indicator (6), wherein the overvoltage limiting component (2) and the thermally isolating connection (3) are electrically connected in series and then disconnect the thermally isolating connection (3) and thereby electrically disconnect the overvoltage limiting component (2) when the temperature of the overvoltage limiting component (2) exceeds a threshold temperature, and wherein the optical status indicator (6) indicates electrical disconnection of the overvoltage limiting device (2), characterized in that an overcurrent protection device (7) and a disconnect device (8) are electrically connected in series with the overvoltage limiting device (2) and thermally separating verb indung (3) are arranged such that the overcurrent protection device (7) and the separating device (8) are energetically coordinated with each other so that the melting integral It of the overcurrent protection device (7) is less than the melting integral of the separating device (8), and that the separating device (8 ) is mechanically connected to the thermally disconnecting compound (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzanordnung mit mindestens einem überspannungsbegrenzenden Bauelement, insbesondere einem Varistor, mit einer thermisch auftrennenden Verbindung, die eine temperatursensible Lotstelle und ein Abtrennelement aufweist, und mit einer optischen Zustandsanzeige. Darüber hinaus betrifft die Erfindung noch eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einer zwei Elektroden aufweisenden Funkenstrecke und mit einem die Funkenstrecke zündenden Zündkreis.The invention relates to an overvoltage protection arrangement having at least one overvoltage limiting component, in particular a varistor, having a thermally disconnecting connection, which has a temperature-sensitive soldering location and a separating element, and having an optical status indication. In addition, the invention also relates to an overvoltage protection device with a two-electrode spark gap and with a spark gap igniting ignition circuit.

Bei Überspannungsschutzanordnungen, die einen Varistor als überspannungsbegrenzendes Bauelement aufweisen, werden häufig thermische Abtrenneinrichtungen als Abschaltelemente eingesetzt, die auf dem Auftrennen einer Lotverbindung beruhen. Hierzu sind der Varistor und die mit dem Varistor über die Lotstelle thermisch gekoppelte Abtrenneinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet, so dass die thermische Abtrenneinrichtungen dann auftrennt und damit den Varistor elektrisch abtrennt, wenn die Temperatur des Varistors eine Grenztemperatur überschritten hat. Die thermische Abtrenneinrichtung bzw. deren Abtrennelement ist dabei häufig derart mechanisch mit einer optischen Zustandsanzeige verbunden, so dass die optische Zustandsanzeige eine elektrische Abtrennung des Varistors anzeigt.In overvoltage protection arrangements, which have a varistor as overvoltage limiting component, thermal cutoff devices are often used as turn-off elements, which are based on the separation of a solder joint. For this purpose, the varistor and the separating devices thermally coupled to the varistor via the soldering point are electrically connected in series, so that the thermal separating devices then disconnect and thus electrically disconnect the varistor when the temperature of the varistor has exceeded a limit temperature. The thermal separation device or its separation element is often so mechanically connected to an optical status display, so that the optical status display indicates an electrical separation of the varistor.

Aus der DE 20 2004 006 227 U1 ist ein Überspannungsschutzelement mit einer thermischen Abtrenneinrichtung bekannt, bei dem bei Überhitzung des Varistors eine zwischen dem Varistor und einem Abtrennelement vorgesehene Lotverbindung aufgetrennt wird, was zu einem elektrischen Abtrennen des Varistors führt. Außerdem wird beim Auftrennen der Lotverbindung ein Kunststoffelement durch die Rückstellkraft einer Feder aus einer ersten Position in eine zweite Position verschoben, in der das als federnde Metallzunge ausgebildete Abtrennelement durch das Kunststoffelement thermisch und elektrisch vom Varistor getrennt ist, so dass ein eventuell zwischen der Metallzunge und der Kontaktstelle des Varistors anstehender Lichtbogen gelöscht wird. Das Kunststoffelement weist zwei nebeneinander angeordnete farbige Markierungen auf, so dass es gleichzeitig auch als optische Zustandsanzeige fungiert, wodurch der Zustand des Überspannungsschutzelements einfach vor Ort abgelesen werden kann. Zusätzlich kann der Zustand des Überspannungsschutzelements auch über einen Fernmeldekontakt angezeigt werden, der von dem Kunststoffelement betätigt wird.From the DE 20 2004 006 227 U1 an overvoltage protection element with a thermal separation device is known in which, when the varistor is overheated, a solder connection provided between the varistor and a separation element is disconnected, which leads to electrical separation of the varistor. In addition, when separating the solder connection, a plastic element is moved by the restoring force of a spring from a first position to a second position in which the separating element designed as a resilient metal tongue is thermally and electrically separated from the varistor by the plastic element, so that a possibly between the metal tongue and the contact point of the varistor arcing arc is deleted. The plastic element has two juxtaposed colored markings, so that it also acts as an optical status indicator, whereby the state of the overvoltage protection element can be read easily on the spot. In addition, the state of the overvoltage protection element can also be displayed via a telecommunications contact, which is actuated by the plastic element.

Zum Schutz von Varistoren gegen alterungsbedingte Schäden, die zu einer allmählichen Erwärmung des Varistors führen, haben sich derartige thermische Abtrenneinrichtungen in ihren verschieden Ausführungsvarianten in der Praxis bewährt. Ein Nachteil von thermischen Abtrenneinrichtungen bzw. thermisch auftrennenden Verbindungen ist jedoch ihr begrenztes Schaltvermögen und ihre relative Trägheit. Bei hohen Impulsströmen oder Kurzschlussströmen kann dies dazu führen, dass das Überspannungsschutzelement zerstört wird, bevor die thermische Abtrenneinrichtung aufgrund einer Erwärmung des Überspannungsschutzelements aufgetrennt hat. Um eine hohe Isolations- und Kriechstromfestigkeit zu gewährleisten und einen beim Öffnen der Trennstelle, d. h. beim Auftrennen der Lotverbindung zwischen dem Abtrennelement und dem Anschluss des Varistors, entstehenden Lichtbogen zu löschen, muss außerdem ein möglichst großer Abstand zwischen dem Abtrennelement und dem Anschluss des Varistors erzielt werden. Dies ist aufgrund der begrenzten Einbauverhältnisse jedoch oft nicht möglich, so dass ein Netzfolgestrom nicht oder nicht sicher gelöscht werden kann, was zu einer vollständigen Zerstörung des Überspannungsschutzelements führen kann.To protect varistors against aging-related damage, which lead to a gradual heating of the varistor, such thermal separation devices have proven in practice in their various embodiments. However, a disadvantage of thermal cut-offs is their limited switching capacity and their relative inertia. At high pulse currents or short-circuit currents, this can lead to the overvoltage protection element being destroyed before the thermal separation device has disconnected due to heating of the overvoltage protection element. In order to ensure a high insulation and creepage current resistance and one when opening the separation point, d. H. When separating the solder connection between the separating element and the connection of the varistor to extinguish arcing, also the largest possible distance between the separating element and the connection of the varistor must be achieved. However, this is often not possible due to the limited installation conditions, so that a Netzfolgestrom can not or can not be safely deleted, which can lead to complete destruction of the overvoltage protection element.

Neben den zuvor beschriebenen thermischen Abtrenneinrichtungen bzw. thermisch auftrennenden Verbindungen werden im Stand der Technik auch Überstromschutzeinrichtungen, insbesondere Schmelzsicherungen, zur elektrischen Abtrennung von Überspannungsschutzelementen oder zur Auftrennung von Stromkreisen bei Überlastung eingesetzt. In der Regel bestehen Schmelzsicherungen aus einem isolierenden Körper, der zwei durch einen dünnen Leiter, den Schmelzleiter, verbundene elektrische Kontakte aufnimmt. Der Schmelzleiter erwärmt sich aufgrund des durch ihn fließenden Stroms und schmilzt, wenn für eine bestimmte Zeit eine bestimmte Stromstärke überschritten wird. Dieser für Schmelzsicherungen charakteristische Wert wird als Schmelzintegral I²t (Integral über das Quadrat des Stromes während der Schmelzzeit) beschrieben und stellt ein Maß für die Energie dar, die gerade noch nicht zur Auslösung der Sicherung führt. Steigen der Strom I oder die Zeit t, während der der Strom I über die Schmelzsicherung fließt weiter an, so führt dies zum Auslösen der Sicherung, d. h. der Schmelzleiter schmilzt. Dies führt zunächst dazu, dass ein Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten ansteht. Der Spannungsabfall über dem Lichtbogen führt zu einer zunehmenden Reduzierung des über die Schmelzsicherung fließenden Stromes, bis der Lichtbogen und damit auch der Strom schließlich erlischt. Die dabei umgesetzte Energie wird als Löschintegral I_L ²t (Integral über das Quadrat des Stromes während der Löschzeit) bezeichnet und ist in der Regel kleiner als das Schmelzintegral I²t. Der Ausschaltvorgang einer Schmelzsicherung erfolgt somit zeitlich in zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten, der Schmelzzeit und der Löschzeit, wobei die Summe aus Schmelzintegral und Löschintegral als Ausschaltintegral bezeichnet wird.In addition to the previously described thermal separation devices or thermally isolating connections, overcurrent protection devices, in particular fuses, are used in the prior art for the electrical separation of overvoltage protection elements or for the separation of circuits in the event of overloading. As a rule, fuses consist of an insulating body, which accommodates two electrical contacts connected by a thin conductor, the fusible conductor. The melt conductor heats up due to the current flowing through it and melts when a certain amount of current is exceeded for a certain time. This value, which is characteristic for fuses, is described as the melting integral I ² t (integral over the square of the current during the melting time) and represents a measure of the energy which does not yet trigger the fuse. If the current I or the time t, during which the current I flows through the fuse continues to rise, this leads to the release of the fuse, ie the fuse element melts. This initially leads to an arc between the two contacts. The voltage drop across the arc leads to an increasing reduction of the current flowing through the fuse until the arc and thus also the current finally goes out. The energy converted thereby is referred to as the quenching integral I _L ² t (integral over the square of the current during the quenching time) and is generally smaller than the melting integral I ² t. The turn-off of a fuse is thus temporally in two successive sections, the melting time and the extinguishing time, the sum of melt integral and extinguishing integral is called Ausschaltintegral.

Damit eine Sicherung im Kurzschlussfall sicher abschalten kann, ist es wichtig, dass ihr Schaltvermögen nicht überschritten wird. Das Schaltvermögen ist der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom, den die Sicherung noch sicher abschalten kann, ohne dass ein Lichtbogen stehen bleibt oder die Sicherung selbst zerstört wird. Soll eine Sicherung ein hohes Schaltvermögen aufweisen, so führt dies in der Regel dazu, dass die Sicherung auch einen hohen Schmelzintegralwert hat, und somit einen kleineren Strom erst nach einer entsprechend längeren Zeit des Stromflusses durch die Sicherung unterbricht. For a fuse to switch off safely in the event of a short circuit, it is important that its switching capacity is not exceeded. The switching capacity is the maximum expected short-circuit current that the fuse can safely switch off without an arc stopping or the fuse itself being destroyed. If a fuse should have a high switching capacity, this usually results in the fuse also having a high melting integral value, and thus interrupts a smaller current only after a correspondingly longer time of the current flow through the fuse.

Ein weiterer Nachteil von Schmelzsicherungen ist die schlechte Signalisierbarkeit für den Fall, dass sie ausgelöst haben. Ist der Schmelzleiter zusätzlich noch von einem Löschmittel umgeben, so ist es schwierig zu erkennen, ob der Schmelzleiter bereits durchtrennt oder noch intakt ist. Somit ist für einen Benutzer nicht ohne weiteres und insbesondere nicht aus der Ferne feststellbar, ob eine Überspannungsschutzanordnung durch eine ausgelöste Sicherung abgetrennt worden ist. Darüber hinaus ist mit einer Schmelzsicherung eine Schädigung der Überspannungsschutzanordnung bzw. des überspannungsbegrenzenden Bauelements aufgrund von Alterung nur schwer detektierbar, da der dabei in der Regel über die Überspannungsschutzanordnung fließende Leckstrom nicht so groß ist, dass die Schmelzsicherung auslöst.Another disadvantage of fuses is the poor signalability in case they have triggered. If the fusible conductor additionally surrounded by an extinguishing agent, so it is difficult to see whether the fusible conductor is already severed or still intact. Thus, it is not readily apparent to a user, and particularly not remotely, whether an overvoltage protection device has been disconnected by a tripped fuse. In addition, damage to the overvoltage protection arrangement or the overvoltage limiting component due to aging is difficult to detect with a fuse since the leakage current that generally flows through the overvoltage protection arrangement is not so great that the fuse triggers.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überspannungsschutzanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und bei der auch bei hohen Impulsströmen eine sichere Abtrennung der Überspannungsschutzanordnung gewährleistet ist.The present invention is therefore based on the object to provide an overvoltage protection arrangement in which the aforementioned disadvantages are avoided and in which a secure separation of the overvoltage protection arrangement is ensured even at high pulse currents.

Diese Aufgabe ist bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Überstromschutzeinrichtung und eine Abtrennvorrichtung elektrisch in Reihe zu dem überspannungsbegrenzenden Bauelement und der thermisch auftrennenden Verbindung angeordnet sind, und dass die Abtrennvorrichtung mechanisch mit der thermisch auftrennenden Verbindung verbunden ist.This object is achieved with the overvoltage protection arrangement according to the invention with the features of patent claim 1 in that an overcurrent protection device and a separation device are arranged electrically in series with the overvoltage limiting component and the thermally disconnecting connection, and that the separation device is mechanically connected to the thermally disconnecting compound.

Bei der erfmdungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung sind somit das überspannungsbegrenzende Bauelement, die thermisch auftrennende Verbindung, die Abtrennvorrichtung und die Überstromschutzeinrichtung alle elektrisch in Reihe zueinander geschaltet. Das überspannungsbegrenzende Bauelement wird somit elektrisch abgetrennt, wenn die thermisch auftrennende Verbindung, die Abtrennvorrichtung oder die Überstromschutzeinrichtung ausgelöst und einen über die Überspannungsschutzanordnung fließenden Fehler- oder Kurzschlussstrom unterbrochen hat. Dadurch, dass der thermisch auftrennenden Verbindung eine Überstromschutzeinrichtung in Reihe geschaltet ist, können die Nachteile einer thermischen Trennstelle ganz oder zumindest weitestgehend vermieden werden. Im Falle eines impulsartigen Stoßstromes oder eines Kurzschlussstromes ist die thermisch auftrennende Verbindung in der Regel zu träge um aufzutrennen, bevor es zu einer Zerstörung der Überspannungsschutzanordnung kommt. In diesem Fall löst bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung die Überstromschutzeinrichtung aus, bei der es sich beispielsweise um eine Schmelzsicherung oder eine elektronische Sicherung handeln kann. Bei einer allmählichen Erwärmung des überspannungsbegrenzenden Bauelements durch Alterung oder einer geringen Spannungsüberhöhung bzw. eines Leckstroms, der nicht zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung führt, spricht die thermisch auftrennende Verbindung an, wenn das überspannungsbegrenzende Bauelement eine Grenztemperatur überschritten hat.In the case of the overvoltage protection arrangement according to the invention, the overvoltage-limiting component, the thermally disconnecting connection, the disconnecting device and the overcurrent protection device are thus all electrically connected in series with one another. The overvoltage limiting component is thus electrically disconnected when the thermally disconnecting connection, the disconnecting device or the overcurrent protection device has tripped and has interrupted a fault or short circuit current flowing across the overvoltage protection device. Because the thermal disconnecting connection is connected in series with an overcurrent protection device, the disadvantages of a thermal separation point can be completely or at least largely avoided. In the case of a pulse-like surge current or a short-circuit current, the thermally splitting connection is usually too sluggish to disconnect before it comes to the destruction of the surge protective device. In this case triggers in the overvoltage protection device according to the invention, the overcurrent protection device, which may be, for example, a fuse or an electronic fuse. With a gradual heating of the overvoltage limiting component due to aging or a small excess voltage or a leakage current, which does not lead to the tripping of the overcurrent protection device, the thermally disconnecting connection responds when the overvoltage limiting component has exceeded a limit temperature.

Damit eine elektrische Abtrennung des überspannungsbegrenzenden Bauelements von der optischen Zustandsanzeige nicht nur dann angezeigt wird, wenn die thermisch auftrennende Verbindung anspricht, ist die zusätzliche AbtrennVorrichtung mechanisch mit der thermisch auftrennenden Verbindung verbunden. Vorzugsweise ist dazu die thermisch auftrennende Verbindung zwischen dem überspannungsbegrenzenden Bauelement und der Abtrennvorrichtung realisiert.So that electrical disconnection of the overvoltage limiting device from the optical status indicator is indicated not only when the thermally disconnecting connection is responding, the additional disconnecting device is mechanically connected to the thermally disconnecting connection. Preferably, the thermally splitting connection between the overvoltage limiting component and the separating device is realized for this purpose.

Um sicherzustellen, dass von der optischen Zustandsanzeige auch ein Auslösen der Überstromschutzeinrichtung angezeigt wird, sind die Abtrennvorrichtung und die Überstromschutzeinrichtung erfmdungsgemäß energetisch so zueinander koordiniert, dass das Schmelzintegral I²t der Überstromschutzeinrichtung geringer ist als das Schmelzintegral I²t der Abtrennvorrichtung. Dies führt dazu, dass zunächst die Überstromschutzeinrichtung auslöst, bevor dann danach auch die Abtrennvorrichtung aufgrund des zunächst noch weiter fließenden Stromes ihren Schmelzintegralwert erreicht und dann ebenfalls auslöst.To ensure that the optical status indicator also indicates tripping of the overcurrent protection device, the disconnecting device and the overcurrent protection device are energetically coordinated to one another such that the melting integral I ² t of the overcurrent protection device is less than the melting integral I ² t of the disconnecting device. As a result, the overcurrent protection device triggers first before the disconnecting device subsequently reaches its melting integral value due to the initially still further flowing current and then triggers it as well.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Überstromschutzeinrichtung als Schmelzsicherung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der für eine Schmelzsicherung benötigte Bauraum relativ gering ist, sodass die Schmelzsicherung relativ einfach in die Überspannungsschutzanordnung integriert werden kann. Darüber hinaus sind Schmelzsicherungen in unterschiedlichen Ausführungsvarianten, insbesondere mit unterschiedlichen Schmelzintegralwerten erhältlich, so dass herkömmliche Schmelzsicherungen für die Überspannungsschutzanordnung verwendet werden können.According to an advantageous embodiment of the invention, the overcurrent protection device is designed as a fuse. This has the advantage that the space required for a fuse is relatively low, so that the fuse can be relatively easily integrated into the overvoltage protection device. In addition, fuses are available in different variants, in particular with different melting integral values, so that conventional fuses can be used for the overvoltage protection arrangement.

Insbesondere bei Verwendung einer Schmelzsicherung als Überstromschutzeinrichtung erfolgt die Koordination von Überstromschutzeinrichtung und Abtrennvorrichtung vorzugsweise so, dass das Schmelzintegral I²t der Abtrennvorrichtung kleiner ist als die Summe aus dem Schmelzintegral I²t und dem Löschintegral I_L ²t der Schmelzsicherung, d. h. das Schmelzintegral I²t der Abtrennvorrichtung ist kleiner als das Ausschaltintegral der Schmelzsicherung. Eine derartige energetische Koordination der Abtrennvorrichtung zur Schmelzsicherung führt dazu, dass die Abtrennvorrichtung während der Löschzeit der Schmelzsicherung auslöst. Dies hat den Vorteil, dass zum Zeitpunkt des Auslösens der Abtrennvorrichtung der über die Überspannungsschutzanordnung fließende Strom bereits geringer ist, als der Strom, der zum Zeitpunkt des Auslösens der Schmelzsicherung geflossen ist. Dadurch verringern sich die Anforderungen an die Abtrennvorrichtung bezüglich ihres Schaltvermögens, da der Strom, den die Abtrennvorrichtung - zusammen mit der Überstromschutzeinrichtung bzw. der Schmelzsicherung - sicher abschalten muss, bereits verringert ist. In particular, when using a fuse as an overcurrent protection device, the coordination of overcurrent protection device and separation device is preferably such that the melt integral I ² t of the separator is smaller than the sum of the melt integral I ² t and the extinguishing integral I _L ² t of the fuse, ie the melt integral I. ² t of the separator is smaller than the switch-off integral of the fuse. Such energetic coordination of the separating device for fuse leads to the fact that the separating device triggers the fuse during the extinguishing time. This has the advantage that at the time of triggering the disconnecting device, the current flowing through the overvoltage protection device is already lower than the current which has flowed at the time the fuse is triggered. This reduces the requirements on the separation device with respect to their switching capacity, since the current that the separation device - together with the overcurrent protection device or the fuse - must shut down safely, is already reduced.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung weist die Abtrennvorrichtung mindestens zwei miteinander verbundene isolierende Schichten und eine zwischen den isolierenden Schichten angeordnete Leiterbahn auf. Die isolierenden Schichten weisen dabei jeweils mindestens eine Durchkontaktierung und auf ihren der Leiterbahn abgewandten Außenseite jeweils einen Anschlusskontakt auf, so dass im Normalzustand der Abtrennvorrichtung die Anschlusskontakte über die Durchkontaktierungen und die Leiterbahn elektrisch miteinander verbunden sind. Bei den Durchkontaktierungen kann es sich insbesondere um metallisierte Bohrungen in den isolierenden Schichten handeln. Alternativ dazu können jedoch auch Nieten oder Stifte als Durchkontaktierungen in die isolierenden Schichten eingebracht sein.According to a further particularly preferred embodiment of the overvoltage protection arrangement according to the invention, the separating device has at least two interconnected insulating layers and a conductor track arranged between the insulating layers. The insulating layers each have at least one via and on their outer side facing away from the interconnect each have a connection contact, so that in the normal state of the disconnecting device, the connection contacts via the vias and the interconnect are electrically connected. The plated-through holes may in particular be metallized holes in the insulating layers. Alternatively, however, rivets or pins can be introduced as plated-through holes in the insulating layers.

Die bei der bevorzugten Ausgestaltung der Abtrennvorrichtung zwischen den mindestens zwei isolierenden Schichten angeordnete Leiterbahn hat dabei die Funktion eines Schmelzleiters, so dass die Leiterbahn bei Erreichen des Schmelzintegralwerts der Abtrennvorrichtung aufschmilzt. Beim Aufschmelzen durchläuft die Leiterbahn dabei die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig, wodurch sich sowohl die Temperatur als auch der Druck zwischen den miteinander verbundenen isolierenden Schichten erhöht. Dies führt dann dazu, dass die Verbindung zwischen den beiden isolierenden Schichten gewollt aufgetrennt wird, wodurch sich der Abstand zwischen den Anschlusskontakten der Abtrennvorrichtung erhöht, so dass ein nach dem Aufschmelzen der Leiterbahn evtl. noch anstehender Lichtbogen gelöscht und die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusskontakten unterbrochen wird. Durch die bevorzugte Ausbildung der Abtrennvorrichtung, bei der die beiden isolierenden Schichten im Überlastfall voneinander getrennt sind, ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass mit der Abtrennvorrichtung eine zweite Trennstrecke realisiert ist, wodurch ein anstehender Lichtbogen - innerhalb der Überstromschutzeinrichtung oder innerhalb der Abtrennvorrichtung - noch schneller und sicherer gelöscht wird.The conductor track arranged between the at least two insulating layers in the preferred embodiment of the separating device has the function of a fusible conductor so that the conductor lane melts when the melting integral value of the separating device is reached. During melting, the conductor track passes through the aggregate states solid, liquid and gaseous, which increases both the temperature and the pressure between the interconnected insulating layers. This then leads to the fact that the connection between the two insulating layers is intentionally separated, thereby increasing the distance between the connection contacts of the separation device, so that extinguished after the melting of the conductor possibly still arc extinguished and interrupted the electrical connection between the terminals becomes. Due to the preferred embodiment of the separating device, in which the two insulating layers are separated from each other in case of overload, there is also the advantage that a second separation distance is realized with the separation device, whereby a pending arc - within the overcurrent protection device or within the separation device - still deleted faster and more secure.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden isolierenden Schichten jeweils aus einem Basismaterial für Leiterplatten, einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere FR-4, bestehen und im Normalzustand der Abtrennvorrichtung miteinander laminiert oder verklebt sind. Herkömmliches Basismaterial für Leiterplatten, bei dem es sich um einen Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe handelt, hat den Vorteil, dass es isolierend und besonders schwer entflammbar ist, so dass es bei einem Aufbrennen des Schmelzleiters zwischen den isolierenden Schichten nicht zu einer Beschädigung benachbarter Bauelemente kommt. Als Abtrennvorrichtung kann somit eine mindestens zwei Schichten aufweisende Multilayer-Leiterplatte verwendet werden, so dass die Abtrennvorrichtung sehr einfach und platzsparend hergestellt werden kann.According to a further advantageous embodiment, it is provided that the two insulating layers each consist of a base material for printed circuit boards, a fiber-reinforced plastic, in particular FR-4, and are laminated or glued together in the normal state of the separating device. Conventional base material for printed circuit boards, which is a composite of epoxy resin and glass fiber fabric, has the advantage that it is insulating and particularly flame retardant, so that there is no damage to adjacent components in a burning of the fusible conductor between the insulating layers , As separating device can thus be used at least two layers having multilayer printed circuit board, so that the separating device can be made very simple and space-saving.

Durch das Laminieren oder Verkleben sind die isolierenden Schichten auf einfache Art und Weise zunächst fest miteinander verbunden. Beim Aufschmelzen der Leiterbahn erhöhen sich die Temperatur und der Druck zwischen den isolierenden Schichten bis zu einem Wert, bei dem die Adhäsionskräfte zwischen den isolierenden Schichten nicht mehr ausreichen, um die Verbindung zwischen den isolierenden Schichten aufrecht zu halten, so dass die eine isolierende Schichte von der anderen isolierenden Schicht „abplatzt“. Durch die Wahl des Klebstoffs und/oder die Beschaffenheit der Leiterbahn kann ein vordefiniertes Schaltvermögen erreicht werden. Außerdem kann durch die Wahl des Materials der Leiterbahn und deren Querschnitt das Schmelzintegral der Abtrennvorrichtung festgelegt werden, so dass die gewollte energetische Koordination mit der Überstromschutzeinrichtung erreicht wird.By laminating or gluing the insulating layers are first firmly connected together in a simple manner. As the trace melts, the temperature and pressure between the insulating layers increases to a level where the adhesive forces between the insulating layers are insufficient to maintain the bond between the insulating layers, such that the insulating layer of the insulating layer is maintained the other insulating layer "flakes off". By choosing the adhesive and / or the nature of the conductor, a predefined switching capacity can be achieved. In addition, the melting integral of the separating device can be determined by the choice of the material of the conductor track and its cross-section, so that the desired energetic coordination is achieved with the overcurrent protection device.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die isolierenden Schichten flächig miteinander verbunden und die Durchkontaktierungen versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Durchkontaktierungen über den Schmelzleiter, der sich zwischen den beiden Basismaterialien befindet, verbunden sind. Durch die versetzte Anordnung der Durchkontaktierungen kann ein großer Abstand zwischen den Anschlusskontakten realisiert werden, ohne dass die Dicke der Abtrennvorrichtung entsprechend groß gewählt werden muss.It is preferably provided that the insulating layers are connected to one another in a planar manner and the plated-through holes are offset relative to one another, wherein the plated-through holes are connected via the fusible conductor, which is located between the two base materials. Due to the staggered arrangement of the plated-through holes, a large distance between the connecting contacts can be realized without the thickness of the separating device having to be selected correspondingly large.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Löschmittel zwischen den isolierenden Schichten angeordnet, das die Leiterbahn umgibt. Das Löschmittel, bei dem es sich beispielsweise um Quarzsand handeln kann, dient zur Kühlung und damit Löschung eines Lichtbogens, der entstehen kann, wenn die Leiterbahn schmilzt oder verdampft. Durch die Kühlung bzw. das Löschen des Lichtbogens wird der Stromfluss über die Abtrennvorrichtung unterbrochen und eine erneute Zündung bei Wiederkehren des Stroms wirksam verhindert. According to a further embodiment, an extinguishing agent is arranged between the insulating layers, which surrounds the conductor track. The extinguishing agent, which may be, for example, quartz sand, is used for cooling and thus extinguishing an arc, which can occur when the conductor melts or evaporates. By cooling or extinguishing the arc, the flow of current through the separator is interrupted and effectively prevents re-ignition when the current recurs.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfmdungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung ist vorgesehen, dass an der Abtrennvorrichtung eine Kraft angreift, so dass im Überlastfall die Abtrennvorrichtung von dem überspannungsbegrenzenden Bauelement und/oder die erste isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung von der zweiten isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung getrennt ist. Dabei kann entweder die thermisch auftrennende Verbindung oder die Abtrennvorrichtung auslösen.In an advantageous development of the inventive overvoltage protection arrangement, it is provided that a force acts on the separation device, so that in case of overload the separation device is separated from the overvoltage limiting component and / or the first insulating layer of the separation device is separated from the second insulating layer of the separation device. In this case, either the thermally disconnecting compound or the separating device can be triggered.

Vorzugsweise ist die thermisch auftrennende Verbindung zwischen dem überspannungsbegrenzenden Bauelement und der Abtrennvorrichtung angeordnet, wobei die Lotstelle einerseits direkt mit dem überspannungsbegrenzendem Bauelement und andererseits mit dem Abtrennelement, beispielsweise einer Metallzunge, verbunden ist. Die Abtrennvorrichtung ist dann mit dem Abtrennelement verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt. Alternativ zur Ausbildung eines separaten Abtrennelements kann auch die Abtrennvorrichtung die Funktion des Abtrennelements der thermisch auftrennende Verbindung übernehmen. In diesem Fall kann die erste isolierende Schicht mit ihrem Anschlusskontakt über die Lotstelle mit dem überspannungsbegrenzenden Bauelement verbunden sein, wobei dann die Kraft, beispielsweise ein Federelement, an der zweiten isolierenden Schicht der Abtrennvorrichtung angreift.The thermally disconnecting connection is preferably arranged between the overvoltage limiting component and the separating device, wherein the soldering point is connected on the one hand directly to the overvoltage limiting component and on the other hand to the separating element, for example a metal tongue. The separating device is then connected to the separating element, for example soldered or welded. As an alternative to the formation of a separate separating element, the separating device can also assume the function of the separating element of the thermally disconnecting connection. In this case, the first insulating layer may be connected with its terminal contact via the soldering point with the overvoltage limiting component, in which case the force, for example a spring element, acts on the second insulating layer of the separating device.

Wenn die thermisch auftrennende Verbindung auslöst, über die das überspannungsbegrenzende Bauelement mit der Abtrennvorrichtung verbunden ist, und die Abtrennvorrichtung mit einer Kraft beaufschlagt ist, die vom überspannungsbegrenzenden Bauelement weggerichtet ist, dann wird die gesamte Abtrennvorrichtung vom überspannungsbegrenzenden Bauelement gelöst und vom überspannungsbegrenzenden Bauelement wegbewegt. Wenn dagegen die Abtrennvorrichtung auslöst und die Leiterbahn schmilzt, so dass die erste isolierende Schicht von der zweiten isolierenden Schicht abgetrennt wird, verbleibt die erste isolierende Schicht, die über die thermisch auftrennende Verbindung mit dem überspannungsbegrenzenden Bauelement verbunden ist, an Ort und Stelle, d. h. mit dem überspannungsbegrenzenden Bauelement verbunden. Die zweite isolierende Schicht wird jedoch aufgrund der an ihr angreifenden Kraft von dem überspannungsbegrenzenden Bauelement wegbewegt. In beiden Fällen entsteht ein ausreichend großer Abstand zwischen den beiden die Trennstelle bildenden Bauteilen, dem überspannungsbegrenzenden Bauelement und der ersten isolierenden Schicht oder den beiden isolierenden Schichten der Abtrennvorrichtung, so dass kein Lichtbogen in der Trennstelle ansteht bzw. ein anstehender Lichtbogen durch die Trennung gelöscht wird.When the thermally disconnecting connection, via which the overvoltage limiting device is connected to the disconnecting device, and the disconnecting device is subjected to a force directed away from the overvoltage limiting device, the entire disconnecting device is released from the overvoltage limiting device and moved away from the overvoltage limiting device. In contrast, when the severing device triggers and the conductive line melts so that the first insulating layer is separated from the second insulating layer, the first insulating layer, which is connected to the overvoltage limiting device via the thermally splitting connection, remains in place, i. H. connected to the overvoltage limiting device. However, the second insulating layer is moved away from the overvoltage limiting device due to the force acting on it. In both cases, a sufficiently large distance between the two forming the separation point components, the overvoltage limiting component and the first insulating layer or the two insulating layers of the separation device, so that no arc is present in the separation point or a pending arc is deleted by the separation ,

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Federelement vorgesehen, durch das die an dem Abtrennelement, insbesondere an der zweiten isolierenden Schicht des Abtrennelements, angreifende Kraft erzeugt wird. Das Federelement kann je nach Bauweise der Überspannungsschutzanordnung eine Spiralfeder, ein federnder Arm oder eine federnde Metallzunge sein, die es ermöglicht, dass ein Teil der Abtrennvorrichtung oder die ganze Abtrennvorrichtung aus ihrer ursprünglichen Position vom überspannungsbegrenzenden Bauelement wegbewegt wird.According to a preferred embodiment, a spring element is provided, through which the force acting on the separating element, in particular on the second insulating layer of the separating element, is generated. Depending on the design of the overvoltage protection arrangement, the spring element can be a spiral spring, a resilient arm or a resilient metal tongue, which allows a part of the separating device or the entire separating device to be moved away from its original position by the overvoltage limiting component.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung ist vorgesehen, dass die Überspannungsschutzanordnung in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse im Bereich der Abtrennvorrichtung ein Sichtfenster aufweist. Das Sichtfenster ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass eine Positionsveränderung der Abtrennvorrichtung oder einer isolierenden Schicht der Abtrennvorrichtung durch die Ausnehmung erkennbar ist. Diese Weiterbildung der Überspannungsschutzanordnung erlaubt es dem Anwender zu erkennen, ob die Überspannungsschutzanordnung elektrisch abgetrennt ist.In accordance with a further embodiment of the overvoltage protection arrangement according to the invention, it is provided that the overvoltage protection arrangement is arranged in a housing, the housing having a viewing window in the region of the separation apparatus. The viewing window is arranged and designed so that a change in position of the separating device or an insulating layer of the separating device can be seen through the recess. This development of the overvoltage protection arrangement allows the user to recognize whether the overvoltage protection arrangement is electrically disconnected.

Hierzu kann das Sichtfenster so angeordnet und ausgebildet sein, dass die Abtrennvorrichtung oder die zweite isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung nur dann im Sichtfenster sichtbar ist, wenn sich die Überspannungsschutzanordnung im Normalzustand befindet, d. h wenn weder die thermisch auftrennende Verbindung noch die Abtrennvorrichtung ausgelöst hat. Alternativ dazu kann das Sichtfenster auch so angeordnet und ausgebildet sein, dass die Abtrennvorrichtung oder die zweite isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung nur dann im Sichtfenster sichtbar ist, wenn sich die Überspannungsschutzanordnung nicht im Normalzustand befindet, d. h wenn die thermisch auftrennende Verbindung oder die Abtrennvorrichtung ausgelöst hat.For this purpose, the viewing window can be arranged and designed such that the separating device or the second insulating layer of the separating device is only visible in the viewing window when the overvoltage protection device is in the normal state, ie. h if neither the thermally disconnecting compound nor the disconnecting device has triggered. Alternatively, the viewing window can also be arranged and configured such that the separating device or the second insulating layer of the separating device is only visible in the viewing window when the overvoltage protection device is not in the normal state, ie. h when the thermally dissociating connection or the separation device has triggered.

Eine weitere Ausgestaltung der Überspannungsschutzanordnung sieht vor, dass die dem Sichtfenster zugewandte Stirnseite der ersten isolierende Schicht visuell von der dem Sichtfenster zugewandten Stirnseite der zweiten isolierende Schicht unterscheidbar ist. Auf diese Weise ist eine gute Signalisierbarkeit für beide möglichen Varianten des Abschaltens der Überspannungsschutzanordnung gegeben. Die Stirnseiten können vorzugsweise unterschiedliche Farben aufweisen. Alternativ dazu können die Stirnseiten sich auch optisch in ihrer Beschaffenheit und/oder Struktur unterscheiden. Wird in einem Fall nur die zweite isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung in die zweite Position verbracht, kann der Anwender im Sichtfenster beispielsweise lediglich die zweite isolierende Schicht der Abtrennvorrichtung sehen. Für den Fall, dass die thermisch auftrennende Verbindung auslöst, sieht der Anwender dagegen beide isolierenden Schichten des Abtrennelements im Sichtfenster.A further embodiment of the overvoltage protection arrangement provides that the end face of the first insulating layer facing the viewing window can be visually distinguished from the end face of the second insulating layer facing the viewing window. That way is one good signaling capability for both possible variants of switching off the overvoltage protection arrangement given. The end faces may preferably have different colors. Alternatively, the front pages may also differ visually in their nature and / or structure. If, in one case, only the second insulating layer of the separating device is moved to the second position, the user can see in the viewing window, for example, only the second insulating layer of the separating device. On the other hand, in the case where the thermally peeling connection is triggered, the user sees both insulating layers of the separating element in the viewing window.

Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung kann grundsätzlich direkt zum Schutz eines Strom- oder Signalpfades oder eines Verbrauches eingesetzt werden, so dass die Überspannungsschutzanordnung entsprechende Anschlusselemente aufweist, mit denen es mit dem zu schützenden Strom- oder Signalpfad verbunden werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung jedoch in einem Zündkreis einer Überspannungsschutzeinrichtung eingesetzt, die eine Funkenstrecke aufweist.The overvoltage protection arrangement according to the invention can in principle be used directly to protect a current or signal path or a consumption, so that the overvoltage protection arrangement has corresponding connection elements, with which it can be connected to the current or signal path to be protected. According to a particularly preferred embodiment, however, the overvoltage protection arrangement according to the invention is used in an ignition circuit of an overvoltage protection device which has a spark gap.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einer zwei Elektroden aufweisenden Funkenstrecke und mit einem die Funkenstrecke zündenden Zündkreis, wobei der Zündkreis eine erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung aufweist. Vorzugsweise weist der Zündkreis dabei neben der Überspannungsschutzanordnung zusätzlich noch eine Zündelektrode und/oder ein Zündelement auf, das benachbart zu einer Elektrode der Funkenstrecke angeordnet ist. Außerdem kann die Überspannungsschutzanordnung auch ein zweites überspannungsbegrenzendes Bauelement aufweisen, insbesondere neben einem Varistor noch einen Gasableiter, wobei die beiden überspannungsbegrenzenden Bauelemente ebenfalls in Reihe zueinander geschaltet sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Überspannungsschutzanordnung kann dann auch der Zündkreis kurzschlusssicher ausgebildet werden.The present invention therefore also relates to an overvoltage protection device having a spark gap having two electrodes and an ignition circuit igniting the spark gap, the ignition circuit having an overvoltage protection arrangement according to the invention. In addition to the overvoltage protection arrangement, the ignition circuit preferably additionally has an ignition electrode and / or an ignition element which is arranged adjacent to an electrode of the spark gap. In addition, the overvoltage protection arrangement can also have a second overvoltage limiting component, in particular a gas arrester in addition to a varistor, wherein the two overvoltage limiting components are likewise connected in series with one another. Due to the inventive design of the overvoltage protection arrangement then the ignition circuit can be formed short-circuit proof.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung sowie die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Schutzansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Schutzansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Überspannungsschutzanordnung,
2 eine Darstellung des Stromquadrates durch eine Schmelzsicherung während des Schmelz- und Löschvorgangs der Schmelzsicherung,
3 eine vereinfachte Darstellung einer Abtrennvorrichtung, in einer Schnittdarstellung,
4 eine vereinfachte Darstellung eines Varistors mit einer thermisch auftrennenden Verbindung und einer Abtrennvorrichtung gemäß 3, und
5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführung einer Überspannungsschutzeinrichtung mit einer Überspannungsschutzanordnung.

In particular, there are now a variety of ways to design and develop the overvoltage protection arrangement according to the invention and the overvoltage protection device according to the invention. Reference is made to both the protection claims 1 and 10 downstream protection claims, as well as the following description in conjunction with the drawings. In the drawing show

1 a simplified circuit diagram of an overvoltage protection arrangement,
2 a representation of the square of the current through a fuse during the melting and extinguishing process of the fuse,
3 a simplified representation of a separation device, in a sectional view,
4 a simplified representation of a varistor with a thermally disconnecting compound and a separating device according to 3 , and
5 a simplified circuit diagram of an embodiment of an overvoltage protection device with an overvoltage protection device.

1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung 1, mit einem überspannungsbegrenzenden Bauelement 2, vorliegend einem Varistor, und mit einer thermisch auftrennenden Verbindung 3. Die thermisch auftrennende Verbindung 3 besteht funktional aus einer Lotstelle 4 und einem mit einer Vorspannkraft belasteten Abtrennelement 5, wobei die thermisch auftrennende Verbindung 3 dann auftrennt und damit das überspannungsbegrenzende Bauelement 2 elektrisch abtrennt, wenn die Temperatur des überspannungsbegrenzenden Bauelements 2 eine Grenztemperatur überschreitet, so dass die Lotstelle 4 aufschmilzt. Die Überspannungsschutzanordnung 1 weist darüber hinaus noch eine in 4 angedeutete optische Zustandsanzeige 6 auf, die eine elektrische Abtrennung des überspannungsbegrenzenden Bauelements 2 anzeigt. 1 shows a simplified circuit diagram of an embodiment of an overvoltage protection arrangement according to the invention 1 , with a surge limiting device 2 , in the present case a varistor, and with a thermally disconnecting compound 3 , The thermally dissociating compound 3 functionally consists of a soldering point 4 and a separator loaded with a biasing force 5 wherein the thermally peeling compound 3 then disconnects and thus the overvoltage limiting component 2 electrically disconnects when the temperature of the overvoltage limiting device 2 exceeds a limit temperature, so that the Lotstelle 4 melts. The surge protection arrangement 1 also has an in 4 indicated optical status display 6 on, which is an electrical separation of the overvoltage limiting component 2 displays.

Bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung 1 sind dem Varistor 2 und der thermisch auftrennenden Verbindung 3 noch eine Überstromschutzeinrichtung 7, bei der es sich vorzugsweise um eine Schmelzsicherung handelt, und eine Abtrennvorrichtung 8 elektrisch in Reihe geschaltet. Dies führt dazu, dass der Varistor 2 dann elektrisch abgetrennt wird, wenn die thermisch auftrennende Verbindung 3, die Überstromschutzeinrichtung 7 oder die Abtrennvorrichtung 8 ausgelöst hat und dadurch ein über die Überspannungsschutzanordnung 1 fließender Strom, nämlich ein Fehler- oder Kurzschlussstrom unterbrochen worden ist. Im Falle eines impulsartigen Stoßstromes oder eines Kurzschlussstromes, bei dem die thermisch auftrennende Verbindung 3 in der Regel zu träge ist um rechtzeitig aufzutrennen, löst bei der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung 1 die Überstromschutzeinrichtung 7 aus. Um das Auslösen der Überstromschutzeinrichtung 7 auf einfache Art und Weise mittels der optischen Zustandsanzeige 6 anzuzeigen, ist die Abtrennvorrichtung 8 vorgesehen, die mechanisch mit der thermisch abtrennenden Verbindung 3 verbunden ist. Darüber hinaus sind die Überstromschutzeinrichtung 7 und die Abtrennvorrichtung 8 energetisch so zueinander koordiniert, dass das Schmelzintegral I²t der Überstromschutzeinrichtung 7 geringer ist als das Schmelzintegral I²t der Abtrennvorrichtung.In the overvoltage protection arrangement according to the invention 1 are the varistor 2 and the thermally dissociating compound 3 another overcurrent protection device 7 , which is preferably a fuse, and a separator 8th electrically connected in series. This causes the varistor 2 is then electrically separated when the thermally disconnecting compound 3 , the overcurrent protection device 7 or the separating device 8th has triggered and thereby on the overvoltage protection device 1 flowing current, namely a fault or short-circuit current has been interrupted. In the case of a pulse-like surge current or a short-circuit current, in which the thermally disconnecting compound 3 usually too sluggish to split in a timely manner, triggers in the overvoltage protection arrangement according to the invention 1 the overcurrent protection device 7 out. To trigger the overcurrent protection device 7 in a simple way by means of the optical status display 6 is the severing device 8th provided that mechanically with the thermally separating compound 3 connected is. In addition, the overcurrent protection device 7 and the separating device 8th energetically coordinated with each other so that the melting integral I ² t of the overcurrent protection device 7 is less than the melting integral I ² t of the separation device.

In 2 ist der zeitliche Verlauf des Stromquadrats durch eine Schmelzsicherung während des Schmelz- und Löschvorgangs der Schmelzsicherung dargestellt. Dabei ist auf der horizontalen Achse (Abszissenachse) die Zeit t und auf der vertikalen Achse (Ordinatenachse) das Stromquadrat I² des über die Schmelzsicherung 7 fließenden Stromes I dargestellt. Die Zeitdauer vom Anfang t₀ des Stromflusses bis zum Auslösezeitpunkt t₁ der Schmelzsicherung 7 wird als Schmelzzeit und das Integral des Stromquadrats während der Schmelzzeit als Schmelzintegral bezeichnet. Das Schmelzintegral I²t stellt dabei ein Maß für die Energie dar, die gerade noch nicht zur Auslösung der Schmelzsicherung 7 führt. Die Zeitdauer vom Auslösezeitpunkt t₁ der Schmelzsicherung 7 bis zum Zeitpunkt t₂, zu dem der Strom erlischt, wird als Löschzeit und entsprechend das Integral des Stromquadrats während der Löschzeit als Löschintegral I_L ²t bezeichnet.In 2 the time course of the square of the current is represented by a fuse during the melting and extinguishing process of the fuse. In this case, the time t is on the horizontal axis (abscissa axis) and on the vertical axis (ordinate axis) the square of the current I ² of the fuse 7 flowing current I shown. The time from the beginning t _{0 of} the current flow to the triggering time t _{1 of} the fuse 7 is referred to as the melting time and the integral of the current square during the melting time as the melting integral. The melt integral I ² t represents a measure of the energy that just is not yet triggering the fuse 7 leads. The time duration from the triggering time t _{1 of} the fuse 7 to the time t ₂ , at which the current goes out, is referred to as the erase time and accordingly the integral of the current square during the erase time as the erase integral I _L ² t.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung 1 sind die Überstromschutzeinrichtung bzw. die Schmelzsicherung 7 und die Abtrennvorrichtung 8 energetisch so zueinander koordiniert, dass die Abtrennvorrichtung 8 während der Löschzeit der Schmelzsicherung 7 auslöst, d. h. das Schmelzintegral I²t der Abtrennvorrichtung 8 ist kleiner als die Summe aus Schmelzintegral I²t und Löschintegral I_L ²t der Schmelzsicherung 7. Vorzugsweise erfolgt dabei die Auslösung der Abtrennvorrichtung 8 zu einem Zeitpunkt t_A, bei dem sich der Strom durch die Schmelzsicherung 7 bereits auf etwa 40 % bis 60 % des Maximalstroms I_Max reduziert hat. Die Abtrennvorrichtung 8 kann dazu so ausgelegt werden, dass ihr Schmelzintegralwert etwa der Summe aus dem Schmelzintegralwert der Schmelzsicherung 7 und 40 % bis 60 % des Löschintegralwerts der Schmelzsicherung 7 entspricht.In the preferred embodiment of the inventive overvoltage protection arrangement 1 are the overcurrent protection device or the fuse 7 and the separating device 8th energetically coordinated with each other so that the separating device 8th during the extinguishing time of the fuse 7 triggers, ie the melting integral I ² t of the separation device 8th is smaller than the sum of melting integral I ² t and extinguishing integral I _L ² t of the fuse 7 , Preferably, the triggering of the separating device takes place 8th at a time t _A , during which the current through the fuse 7 already reduced to about 40% to 60% of the maximum current I _max . The separating device 8th can be designed so that their melt integral value about the sum of the melting integral value of the fuse 7 and 40% to 60% of the extinguishing integral value of the fuse 7 equivalent.

3 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer bevorzugten Ausführung einer Abtrennvorrichtung 8 der erfmdungsgemäßen Überspannungsschutzanordnung 1. Die Abtrennvorrichtung 8 weist zwei miteinander verbundene isolierende Schichten 9, 10 und eine zwischen den isolierenden Schichten 9, 10 angeordnete Leiterbahnen 11 auf, wobei die isolierenden Schichten 9, 10 vorzugsweise aus einem Basismaterial für Leiterplatten bestehen. Bei der Abtrennvorrichtung 8 handelt es sich somit um eine (mindestens) zwei isolierende Schichten 9, 10 aufweisende Multilayer-Leiterplatte, bei der die isolierenden Schichten 9, 10 flächig miteinander verklebt sind. Die beiden isolierenden Schichten 9, 10 weisen jeweils eine Durchkontaktierung 12 in Form einer metallisierten Bohrung und auf ihren Außenseiten 9a, 10a jeweils einen metallischen Anschlusskontakt 13, 14 auf. Die beiden Anschlusskontakte 13, 14 der Abtrennvorrichtung 8 sind somit im Normalzustand der Abtrennvorrichtung 8, der in 3 dargestellt ist, über die Durchkontaktierungen 12 und die Leiterbahn 11 elektrisch miteinander verbunden. 3 shows a simplified illustration of a preferred embodiment of a separating device 8th the inventive overvoltage protection device 1 , The separating device 8th has two interconnected insulating layers 9 . 10 and one between the insulating layers 9 . 10 arranged conductor tracks 11 on, with the insulating layers 9 . 10 preferably consist of a base material for printed circuit boards. At the separating device 8th it is therefore one (at least) two insulating layers 9 . 10 comprising multilayer printed circuit board, wherein the insulating layers 9 . 10 are glued together flat. The two insulating layers 9 . 10 each have a via 12 in the form of a metallized hole and on its outsides 9a . 10a in each case a metallic connection contact 13 . 14 on. The two connection contacts 13 . 14 the separating device 8th are thus in the normal state of the separation device 8th who in 3 is shown, via the vias 12 and the track 11 electrically connected to each other.

Wenn über die Abtrennvorrichtung 8 ein Strom fließt, so führt dies zu einer Erwärmung der Leiterbahn 11, die die Funktion eines Schmelzleiters aufweist, so dass die Leiterbahn 11 bei Erreichen des Schmelzintegralwerts der Abtrennvorrichtung 8 aufschmilzt. Das Aufschmelzen bzw. Verdampfen der Leiterbahn 11 führt dazu, dass sich die Temperatur und der Druck zwischen den isolierenden Schichten 9, 10 so weit erhöhen, dass die Adhäsionskräfte nicht mehr ausreichen, um die beiden isolierenden Schichten 9, 10 zusammenzuhalten. Dies führt dann dazu, dass die eine isolierende Schicht 10 von der anderen isolierenden Schicht 9 „abplatzt“ bzw. die als Leiterplatte ausgebildete Abtrennvorrichtung 8 delaminiert. Dadurch wird die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusskontakten 13, 14 über die Leiterbahn 11 getrennt, wobei durch die Trennung der beiden isolierenden Schichten 9, 10 ein beim Öffnen der elektrischen Verbindung eventuell anstehender Lichtbogen gelöscht wird. Das Auslösen der Abtrennvorrichtung 8 führt dabei auch zu einem unmittelbaren Verlöschen eines in der Schmelzsicherung 7 noch anstehenden Lichtbogens, so dass der Stromfluss über die Überspannungsschutzanordnung 1 unterbrochen und damit der Varistor 2 elektrisch abgetrennt wird.If over the separator 8th a current flows, this leads to a heating of the conductor track 11 , which has the function of a fusible conductor, so that the conductor track 11 upon reaching the melt integral value of the separator 8th melts. The melting or vaporization of the conductor track 11 causes the temperature and pressure between the insulating layers 9 . 10 increase so far that the adhesion forces are no longer sufficient to the two insulating layers 9 . 10 together. This then causes the one insulating layer 10 from the other insulating layer 9 "Flakes off" or designed as a circuit board separator 8th delaminated. This will cause the electrical connection between the two terminals 13 . 14 over the track 11 separated, wherein by the separation of the two insulating layers 9 . 10 a possibly present when opening the electrical connection arc is deleted. The triggering of the separating device 8th This also leads to an immediate extinction of one in the fuse 7 still pending arc, so that the flow of current through the overvoltage protection arrangement 1 interrupted and thus the varistor 2 is electrically disconnected.

4 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine bevorzugte Verbindung zwischen dem Varistor 2 und einer Abtrennvorrichtung 8 gemäß 3. Die Abtrennvorrichtung 8 ist über die Lotstelle 4 elektrisch und mechanisch mit dem Varistor 2 verbunden, so dass die thermisch auftrennende Verbindung 3 zwischen dem Varistor 2 und der Abtrennvorrichtung 8 ausgebildet ist. Die Abtrennvorrichtung 8 bzw. die erste isolierende Schicht 9 bildet dabei funktional das Abtrennelement 5 der thermisch auftrennenden Verbindung 3, wozu an der Abtrennvorrichtung 8 ein Federelement 15 angreift, durch das die Abtrennvorrichtung 8 mit einer Kraft beaufschlagt ist, die von dem Varistor 2 und damit auch von der Lotstelle 4 weg gerichtet ist. 4 shows in a simplified representation a preferred connection between the varistor 2 and a separating device 8th according to 3 , The separating device 8th is about the Lotstelle 4 electrically and mechanically with the varistor 2 connected so that the thermally splitting connection 3 between the varistor 2 and the separating device 8th is trained. The separating device 8th or the first insulating layer 9 Functionally forms the separating element 5 the thermally dissociating compound 3 , including the separator 8th a spring element 15 attacks, through which the separating device 8th a force is applied to the varistor 2 and thus also from the Lotstelle 4 is directed away.

Wenn sich der Varistor 2 aufgrund von Alterung oder geringen Überspannungen zu stark erwärmt, so führt dies zu einem Erweichen der Lotstelle 4, was zu einem Auslösen der thermisch auftretenden Verbindung 3 führt, indem die Abtrennvorrichtung 8 durch die Kraft des Federelements 15 vom Varistor 2 weg bewegt wird. Im Falle eines impulsartigen Stoßstromes, der zu einem Auslösen der Abtrennvorrichtung 8 führt, kommt es zu einem Schmelzen bzw. Verdampfen der Leiterbahn 11, so dass dann die zweite isolierende Schicht 10 durch die Kraft des Federelements 15 von der ersten isolierenden Schicht 9 weg bewegt wird. Beides führt zu einer Unterbrechung des Stromflusses über die Überspannungsschutzanordnung 1 und damit zu einer elektrischen Abtrennung des Varistors 2.When the varistor 2 Due to aging or low overvoltages too much, this leads to a softening of the soldering point 4 , causing a triggering of the thermally occurring compound 3 performs by the separation device 8th by the force of the spring element 15 from the varistor 2 is moved away. In the case of a pulse-like surge current, which triggers the separator 8th leads, there is a melting or vaporization of the conductor 11 so that then the second insulating layer 10 by the force of the spring element 15 from the first insulating layer 9 is moved away. Both leads to an interruption of the current flow through the overvoltage protection arrangement 1 and thus to an electrical separation of the varistor 2 ,

Dadurch, dass die Abtrennvorrichtung 8 als Multilayer-Leiterplatte ausgebildet ist, kann sie sehr geringe Abmessungen aufweisen und einfach über den Anschlusskontakt 13 und die Lotstelle 4 mit dem Varistor 2 verbunden werden. Der für die Anordnung der Abtrennvorrichtung 8 benötigte Platzbedarf innerhalb eines die Überspannungsschutzanordnung 1 aufnehmenden Gehäuses ist somit sehr gering. Um eine Abtrennung des Varistors 2 auf einfache Art und Weise optisch anzeigen zu können, ist eine optische Zustandsanzeige 6 vorgesehen, die die Bewegung der Abtrennvorrichtung 8 bzw. der isolierenden Schicht 10 der Abtrennvorrichtung 8 beim Auslösen der thermisch auftretenden Verbindung 3 oder der Abtrennvorrichtung 8 nutz. Dazu ist in dem Gehäuse der Überspannungsschutzanordnung 1 ein Sichtfenster ausgebildet, unter dem je nach Zustand der Überspannungsschutzanordnung 1 eine Stirnseite der isolierenden Schichten 9, 10 angeordnet ist. Hierzu sind auf den Stirnseiten der isolierenden Schichten 9, 10 vorzugsweise zwei unterschiedlich farbige Markierungen 16, 17 aufgebracht.In that the separating device 8th is designed as a multilayer printed circuit board, it can have very small dimensions and easy on the connection contact 13 and the Lotstelle 4 with the varistor 2 get connected. The for the arrangement of the separating device 8th Required space within a the surge protection device 1 receiving housing is thus very low. To a separation of the varistor 2 Being able to display optically in a simple manner is an optical status indication 6 provided the movement of the separating device 8th or the insulating layer 10 the separating device 8th when triggering the thermally occurring compound 3 or the separating device 8th nutz. This is in the case of the overvoltage protection device 1 a viewing window formed under the depending on the state of the overvoltage protection device 1 a front side of the insulating layers 9 . 10 is arranged. For this purpose, on the end faces of the insulating layers 9 . 10 preferably two differently colored markings 16 . 17 applied.

5 zeigt schließlich ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung 18, die eine zwei Elektroden 19, 20 aufweisende Funkenstrecke 21 und einen die Funkenstrecke 21 zündenden Zündkreis 22 aufweist. Einen wesentlichen Teil des Zündkreises 22 bildet dabei die erfindungsgemäße Überspannungsschutzanordnung 1, so dass der Zündkreis 22 einen Varistor 2 als ein überspannungsbegrenzendes Bauelement, eine thermisch auftrennende Verbindung 3, eine Schmelzsicherung 7 als Überstromschutzeinrichtung und eine Abtrennvorrichtung 8 in Form einer Multilayer-Leiterplatte aufweist. Darüber hinaus weist der Zündkreis 22 noch eine Zündelektrode 23 auf, die benachbart zur zweiten Elektrode 20 der Funkenstrecke 21 angeordnet ist. Schließlich ist in dem Zündkreis 22 zwischen der Schmelzsicherung 7 und dem Varistor 2 noch ein Gasableiter 24 als zweites überspannungsbegrenzendes Bauelement angeordnet, durch den eine Belastung des Varistors 2 bei geringen Überspannungen unterhalb der Ansprechspannung des Gasableiter 24 verhindert wird. 5 finally shows a simplified circuit diagram of an overvoltage protection device according to the invention 18 that has a two electrodes 19 . 20 having spark gap 21 and one the spark gap 21 igniting ignition circuit 22 having. An essential part of the ignition circuit 22 forms the overvoltage protection arrangement according to the invention 1 so the ignition circuit 22 a varistor 2 as a surge limiting device, a thermally disconnecting connection 3 , a fuse 7 as overcurrent protection device and a disconnecting device 8th in the form of a multilayer printed circuit board. In addition, the ignition circuit points 22 another ignition electrode 23 on, adjacent to the second electrode 20 the spark gap 21 is arranged. Finally, in the ignition circuit 22 between the fuse 7 and the varistor 2 another gas collector 24 arranged as a second overvoltage limiting component, through which a load of the varistor 2 at low overvoltages below the response voltage of the gas arrester 24 is prevented.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202004006227 U1 [0003]

Claims

Overvoltage protection arrangement (1) having at least one overvoltage limiting component (2), in particular a varistor, with a thermally disconnecting connection (3) having a temperature-sensitive soldering point (4) and a separating element (5), and having an optical status indicator (6), wherein the overvoltage limiting component (2) and the thermally isolating connection (3) are electrically connected in series and then disconnect the thermally isolating connection (3) and thereby electrically disconnect the overvoltage limiting component (2) when the temperature of the overvoltage limiting component (2) exceeds a threshold temperature, and wherein the optical status indicator (6) indicates electrical disconnection of the overvoltage limiting device (2), characterized in that an overcurrent protection device (7) and a disconnector (8) are electrically connected in series with the overvoltage limiting device (2) and the thermally severing Connection (3) are arranged so that the overcurrent protection device (7) and the separating device (8) are energetically coordinated with each other so that the melt integral I ² t of the overcurrent protection device (7) is less than the melting integral of the separating device (8), and that Separating device (8) is mechanically connected to the thermally disconnecting compound (3).

Overvoltage protection arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the overcurrent protection device (7) is designed as a fuse.

Overvoltage protection arrangement (1) according to Claim 2 , characterized in that the melt integral I ² t of the separating device (8) is smaller than the sum of the melt integral I ² t and the extinguishing integral I _L ² t of the fuse (7).

Overvoltage protection arrangement (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the separating device (8) has at least two interconnected insulating layers (9, 10) and a between the isloierenden layers (9, 10) arranged conductor track (11), and that the isloierenden layers (9, 10) respectively at least one plated-through hole (12) and on their outer sides (9a, 10a) facing away from the conductor track (11) each have a connection contact (13, 14), so that the connection contacts (13, 14) in the normal state of the separation device (8) via the plated-through holes (12) and the conductor track (11) are electrically connected together.

Overvoltage protection arrangement (1) according to Claim 4 , characterized in that the two isloading layers (9, 10) each consist of a base material for printed circuit boards, in particular FR-4, and in the normal state of the separating device (8) is laminated or glued together.

Overvoltage protection arrangement (1) according to Claim 4 or 5 , characterized in that the two isloiding layers (9, 10) are connected flat to each other and the vias (12) are arranged offset from one another.

Overvoltage protection arrangement (1) according to one of Claims 4 to 6 , characterized in that an extinguishing agent is provided which surrounds the conductor track (11), wherein as extinguishing agent preferably quartz sand is used.

Overvoltage protection arrangement (1) according to one of Claims 4 to 7 , characterized in that at the separating device (8), a force, in particular a spring element (15) engages, so that in case of overload, the separating device (8) from overvoltage limiting component (2) and / or the first insulating layer (9) of the second insulating layer (10) of the separating device (8) is separated.

Overvoltage protection arrangement (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the overvoltage protection arrangement (1) is arranged in a housing, that the housing in the region of the separating device (8) has a viewing window and that the viewing window facing end face of the first insulating layer (9) visually from the viewing window facing end face the second insulating layer (10) of the separating device (5) is distinguishable, in particular the two end faces a differently colored marking (16, 17).

Overvoltage protection device (18) having a spark gap (21) having two electrodes (19, 20) and an ignition circuit (22) igniting the spark arrester (21), characterized in that the ignition circuit (22) has an overvoltage protection arrangement (1) according to any one of Claims 1 to 9 having.

Overvoltage protection device (18) after Claim 10 , characterized in that the ignition circuit (22) additionally comprises an ignition electrode (23) and / or an ignition element.